艦船通信系統(tǒng)的無源互調研究

　　水面艦船的通信、導航、雷達、對抗、識別等系統(tǒng)的射頻部分自成系統(tǒng)，而艦船通信系統(tǒng)內部”衛(wèi)星通信、超短波通信、短波通信、對空導航通信等分系統(tǒng)的射頻系統(tǒng)也相對獨立，各自產生的無源互調不僅對分系統(tǒng)內部，更主要是對其他分系統(tǒng)，甚至其他系統(tǒng)的無線接收設各產生干擾，是艦船通信系統(tǒng)EMC設計應該考慮的對象。這里的分析不針對運用聯(lián)合孔徑與面陣天線等技術集成后的射頻綜合系統(tǒng)或集成電子桅桿。

　　2．1 無源互調現(xiàn)狀

　　艦載通信系統(tǒng)中的射頻天饋系統(tǒng)、射頻多路耦合器、電纜／波導組件等是產生PIM的主要部位。此外，外部環(huán)境中的支撐結構、天線塔器件以及附近的任何金屬物體也會對PIM有影響。

　　2.1.1 天饋系統(tǒng)

　　天饋系統(tǒng)包括天線、射頻電纜、安裝座及支架等。目前其反射互調PIM3值一般在－120 dBc左右，設計制作良好者可達－130 dBc以下，其輻射互調尚難以精確測試。

　　寬帶收信天線：被動接收本地其他天線輻射的大信號，而在自身內部產生PIMI，進而影響后端接收機的正常工作。

　　寬帶發(fā)信天線：多個載波信號通過其非線性產生互調分量，天線將其輻射出去后對本地其他接收機產生PIMI干擾。

　　寬帶收發(fā)天線：寬帶收發(fā)天線的PIM影響最為嚴重，是設計者考慮的主要對象。

　　2．1．2 多路耦合器

　　多路耦合器亦稱合路器：艦船通信系統(tǒng)使用的有收信多路耦合器、發(fā)信多路耦合器及收發(fā)多路耦合器。對于V／UHF收發(fā)多路耦合器，其PIM3值在－ 95～－113 dBc之間，采用高端元器件者可達－123 dBc。

　　發(fā)信多路耦合器：多個載波信號通過其非線性產生傳輸互調，再經射頻電纜與天線輻射出去后對本地接收機產生PIMI干擾。

　　收發(fā)多路耦合器：既有傳輸互調，也存在反射互調，其傳輸互調分量通過天線輻射出去影響本地接收；其發(fā)射互調分量對同一多路耦合器下其他電臺的接收形成PIMI。收發(fā)多路耦合器是PIM研究考慮的重點。

　　收信多路耦合器：因它的有用輸人信號較小，一般對其PIM指標未作嚴格考核，但當本地干擾信號較大時，亦不能忽視。

　　2．1．3 電纜與波導組件

　　射頻電纜／波導組件由電纜／波導、插頭及附件（緊固件、水密件）等組成，由于其材料結構、加工工藝等存在不足，不同程度存在非線性。此外，電纜／波導組件與設各上插座的連接部位也可能產生PIM分量，這取決于插座與插頭材料的異同及連接的緊密程度。對于未提出PIM要求的艦船通信射頻電纜組件，測試其PIM3值一般在－OR dBc左右，差者甚至劣于－80 dBc。目前國內專業(yè)廠商已能制作優(yōu)于－145 dBc的電纜組件。

　　2．2 無源互調分析

　　現(xiàn)以某艦船對空超短波通信子系統(tǒng)為例，分析PIM及其對系統(tǒng)性能的影響。該超短波通信子系統(tǒng)設各組成框圖如圖3所示。在系統(tǒng)方案論證中，主要針對寬帶噪聲、諧波、阻塞以及多徑干擾所引起EMC開展了分析，這里就PIM對性能影響進行分析。

圖3 某型艦對空超短波通信子系統(tǒng)組成框圖

　　圖4為PIMI基本測試框圖。圖中，3部電臺A、電臺B和電臺C同時發(fā)射會產生6個三階互調頻率fjT12,fjT21,fjT13,fjT31,fjT23和f1T32，其分布如圖5所示，即：

圖4 PIMI測試框圖

圖5 信號與PIM3干擾之頻譜分布圖

　　電臺A和電臺B同時發(fā)射所產生的兩個三階互調頻率fjT12和fjT21；fjT12＝2f1-f2；fjT21＝2f2一f1；

　　電臺A和電臺C同時發(fā)射所產生的兩個三階互調頻率fjT13和fjT31; fjT13＝2f1-f3；fjT31＝2f3一f1；

　　電臺B和電臺C同時發(fā)射所產生的兩個三階互調頻率fjT23和f1T32; fjT23＝2f2-f3；f1T32＝2f3一f2。

　　當三部電臺發(fā)射功率均為60 W，在UHF頻段測試所得的PIM3量值見表1。

表1 PIM3測試數據表

　　一般情況下，這6個三階互調頻率中，有些可能會落在VHF所在的108～174 MHz與UHF所在的225～400 MHz之外，形成對其他頻段的干擾，而落在本頻段內的就對本頻段產生干擾。

　　測試發(fā)現(xiàn)：

　　（1）一個三階無源互調頻率點，不僅使得電臺不能

　　在該頻率點接收，還影響以該頻點作為中｀b的一段頻帶內的電臺正常接收；

　?。?）VHF頻段發(fā)信所產生的PIM3會導致UHF頻段接收機的接收異常，反之亦然；

　　（3）PIM5同樣存在，大功率對空超短波電臺所產生的無源五階互調分量對工作在VHF頻段低端30～88 MHz的對海超短波電臺存在干擾；

　?。?）當干擾以跳頻模式發(fā)射時，所產生的PIMI是時間上斷續(xù)的一個頻帶，對話音通信不會造成徹底阻塞，但會引起背景噪聲，而對數據通信則可能導致誤碼率升高；

　?。?）多電臺同時以跳頻模式發(fā)射時，所產生的PIMI頻帶很寬，規(guī)避接收與精確測試均困難；

　?。?）測試過程中，沒有觀測到偶階無源互調分量，或者偶階無源互調分量的幅度已超出測試儀器的精度。